Kto wymyślił klimatyzację? Sylwetka Willisa Carriera

Minęło już ponad 100 lat od dnia uruchomienia pierwszej nowoczesnej instalacji klimatyzacji. Wynalazku, który odmienił na zawsze sposób życia i pracy większości ludzi na świecie. Instalacja ta została zaprojektowana przez Willisa Carriera – genialnego inżyniera i wizjonera, człowieka, który zapoczątkował nową gałąź przemysłu. W niniejszym artykule postaramy się przybliżyć samego Willisa Carriera oraz jego dzieło.

Kto wymyślił klimatyzację? Takie pytanie, szczególnie w upalne dni lata zadaje sobie wiele osób na całym świecie. Twórcą klimatyzacji jest Willis Carrier. Choć po dziś dzień określa się go mianem ojca klimatyzacji, to nie jest powszechnie znany. Właśnie dlatego warto zapoznać się z sylwetką wynalazcy, dzięki któremu upały nie są nam straszne.

Biografia Willisa Carriera - twórcy klimatyzacji

Willis Haviland Carrier urodził się 26 listopada 1876 roku na farmie w miejscowości Angola w stanie Nowy Jork. Dzieciństwo spędzał głównie wśród dorosłych, większość czasu poświęcając wymyślonym przez siebie zajęciom. Jego ulubione zabawy były związane z techniką. Wiele jego wspomnień z dzieciństwa jest związanych z obserwowaniem naprawy różnych urządzeń technicznych. Jednak jedno z najważniejszych zdarzeń miało miejsce w wieku 9 lat. Wtedy to w szkole, do której uczęszczał, rozpoczęła się nauka działań na ułamkach. Kiedy jego matka zorientowała się, jak wielkim problemem są dla Willisa ułamki, postanowiła mu pomóc. Pewnego dnia posadziła go w kuchni przy stole i zaczęła naukę ułamków, krojąc jabłka na połówki, ćwiartki itd. Jak później wielokrotnie wspominał, nauczyło go to rozwiązywać każdy problem, z którym się później zetknął poprzez jego rozbieranie na prostsze części i rozwiązywanie każdej z osobna.

W 1890 roku Carrier rozpoczął naukę w Angola Academy, gdzie spędził cztery lata. Przez ten czas łączył naukę z pracą na farmie ojca. Pomimo wielu obowiązków zawsze pamiętał o radzie swojej matki „Zawsze poznawaj nowe rzeczy dla swojej satysfakcji”. Bardzo często spędzał czas w bibliotece rozwiązując skomplikowane problemy, zamiast odrabiać zadane lekcje. Często rozwiązywał tylko część zadań domowych, jednak robił to w sposób dogłębny, tak aby poznać istotę zagadnienia. Podchodził do wszystkich zajęć z wielkim entuzjazmem i zaangażowaniem. Zawsze był przekonany, że nie ma takiego zadania, którego nie jest w stanie rozwiązać, jeżeli będzie to robił z dużym zaangażowaniem.

Kiedy Willis ukończył Angola Academy, kraj znajdował się w głębokim kryzysie. Zamiast dalej się uczyć, był zmuszony zająć się zarabianiem pieniędzy, aby pomóc utrzymać rodzinę. Przez dwa lata pracował jako nauczyciel w szkołach podstawowych. Jednak w 1896 roku udało mu się spełnić marzenie i dostać na Cornell University, a rok później uzyskać stypendium stanowe. W 1901 roku ukończył uniwersytet, uzyskując tytuł inżyniera mechanika o specjalności elektrycznej.

Willis Carrier planował zajmować się inżynierią elektryczną i pragnął pracować w General Electric Company. Został jednak zaproszony na rozmowę w sprawie pracy do firmy Buffalo Forge Company. Firma specjalizowała się w produkcji wentylatorów, dmuchaw i grzałek elektrycznych. Ponieważ nie wiedział, gdzie znajduje się siedziba firmy, zmuszony był zapytać o drogę przechodniów. W ten sposób po raz pierwszy spotkał się z Irvine’m Lyle’m, wtedy pracownikem Buffalo Forge Company, który później odegrał znaczącą rolę w rozwoju klimatyzacji.

Willis Carrier rozpoczął pracę w biurze konstrukcyjnym Buffalo Forge Company w lipcu 1901 roku. Początkowo zajmował się projektowaniem kotłowni, a później suszarni. Szybko zdał sobie sprawę, że dostępne metody i dane nie są wystarczające, aby dobrze zaprojektować instalację grzewczą czy też wentylacyjną. Uważał, że z uwagi na powszechne stosowanie przybliżonych metod obliczeń projektanci używali zbyt dużych „współczynników bezpieczeństwa”, które sam nazywał „współczynnikami ignorancji”. Ponieważ, Carrier lubił stawiać sobie problemy do rozwiązania, zaczął po godzinach pracy studiować dostępną ówcześnie literaturę. Wynikiem jego prac była formuła pozwalająca dobrać wentylator podmuchowy kotła, tak żeby zapewnić maksymalną sprawność kotła przy minimalnym zużyciu energii do jego napędu. Kiedy przedstawił wyniki swoich prac, wzbudził powszechne zainteresowanie wszystkich pracowników firmy. W wyniku tego zainteresowania, właściciele firmy postanowili zlecić prowadzenie badań Willisowi w ramach normalnych obowiązków.

Pierwsze badania przeprowadzone w nowym laboratorium dotyczyły obliczeń nagrzewnic parowych. W owych czasach znane były jedynie tablice określające właściwości powietrza i pary. Nie było jednak danych, które pozwalałyby w dokładny sposób określić wymianę ciepła pomiędzy oboma mediami w nagrzewnicy. W wyniku przeprowadzonych badań zostały stworzone tablice oraz równania pozwalające na dokładne dobranie nagrzewnicy. Wykorzystanie tych danych pozwoliło na zaoszczędzenie przez firmę w ciągu roku $40 000 w wyniku ograniczenia kosztów związanych z poprawianiem już działających instalacji. Z uwagi na osiągnięte rezultaty właściciele Buffalo Forge Company postanowili wprowadzić szeroki program badań, który pozwolił projektować lepsze produkty, bardziej sprawny redukując tym samym liczbę skarg od klientów. W lecie 1902 roku powstał Dział Badań, którym kierował Willis Carrier. Był to pierwszy w świecie tego typu dział w zakładach związanych z przemysłem grzewczym i wentylacyjnym.

Wiosną 1902 roku Irvine Lyle, który był wtedy przedstawicielem handlowym firmy w Nowym Jorku, został zapytany przez konsultanta o możliwość dostarczenia instalacji do drukarni. Problem generalnie sprowadzał się do pytania: jak kontrolować wilgotność powietrza?. Zlecenie to sprawiło, że Willis Carrier rozpoczął rozmyślania nad urządzeniem, które obecnie znane jest jako klimatyzator.

Historia klimatyzacji

Ludzkość od czasów starożytnych próbowała rozwiązać bez sukcesu problem dyskomfortu powodowany przez gorące i wilgotne powietrze. Pierwszą taką próbą było prawdopodobnie wynalezienie wachlarza, a potem wentylatora. Jedną z następnych znanych prób było użycie około 3000 lat p.n.e. chłodzenia ewaporatywnego poprzez polewanie ścian i podłogi pomieszczenia wodą. Niektórzy rzymscy imperatorzy przywozili latem śnieg z gór, aby chłodzić swoje rezydencje. Wraz z pojawieniem się urządzeń mechanicznych, problem chłodzenia powietrza stał się coraz poważniejszy. W gorącym i wilgotnym klimacie praca w zakładach przemysłowych odbywała się w warunkach trudno akceptowalnych przez człowieka.

Pod koniec XIX w. wraz z powstaniem maszyn umożliwiających produkcję lodu, zaczęły się rozpowszechniać pierwsze instalacje wentylacyjne z chłodzeniem powietrza. Ponieważ do chłodzenia był wykorzystywany lód, nad którym było przepuszczane powietrze, instalacje te zajmowały dużo miejsca, były kłopotliwe w eksploatacji oraz wymagały ciągłego dozoru.

Poprzez wszystkie lata doświadczeń, człowiek nauczył się ogrzewać, chłodzić, nawilżać oraz wprawiać w ruch powietrze. Wielu inżynierów zdawało sobie sprawę również, ze zjawiska osuszania powietrza podczas jego ochładzania. Jednak do czasu prac Willisa Carriera w 1902 roku nikomu nie udało się utrzymywać wilgotności powietrza na ściśle zadanym poziomie.

Problem, który musiał rozwiązać wiosną 1902 roku Willis Carrier, polegał na potrzebie utrzymania stałej wilgotności powietrza w drukarni firmy Sackett-Wilhelms Litographing and Publishing Company of Brooklyn koło Nowego Jorku. Drukarze, tak jak i wiele innych firm używających materiałów higroskopijnych, borykali się z problemem wpływu warunków atmosferycznych na zmianę własności papieru. Powodowało to olbrzymie straty oraz trudności przy produkcji.

Jedynymi danymi jakie były wtedy osiągalne, były dane pogodowe Instytutu Meteorologii USA oparte na empirycznych formułach psychrometrycznych. Posiadając te tablice oraz plany i specyfikacje wymagań użytkownika, Carrier przystąpił do eksperymentów. Pierwsza próba polegała na przepuszczaniu powietrza przez materiał rozpięty na ramie, który był nasączany roztworem chlorku sodu. Jednak próby te po tygodniu zostały przerwane. Co prawda powietrze było osuszone, jednak po opuszczeniu urządzenia zawierało sól, która powodowałaby korozję wszystkich maszyn w drukarni.

Carrier postanowił spróbować innego sposobu osuszania powietrza. Do tego testu użył tego samego stanowiska na którym badał nagrzewnice, lecz zamiast pary, w wymienniku krążyła zimna woda. Z danych Instytutu Meteorologii znalazł temperaturę punktu rosy powietrza, przy której zawiera ono dokładnie tyle wilgoci, co potrzeba. Potem zmieniając temperaturę powierzchni wymiennika oraz ilość przepływającego powietrza, ochłodził je do wybranej temperatury punktu rosy. Po zakończeniu badań dokładnie znał ilość oraz parametry powietrza, które należy dostarczać do hali drukarskiej. Wiedział także, jakie komponenty muszą zostać użyte aby spełnić te warunki. W dniu 17 lipca 1902 roku był gotowy projekt instalacji, dziś uważanej za pierwszą instalację klimatyzacji w świecie.

Instalacja ta uważana jest za klimatyzację ponieważ po raz pierwszy oferowała kontrolę wilgotności powietrza w pomieszczeniu. Dzisiaj uznaje się, że instalacja klimatyzacji musi spełniać 4 podstawowe funkcje:

1. utrzymywać temperaturę powietrza
2. utrzymywać wilgotność powietrza
3. oczyszczać powietrze
4. zapewniać właściwy rozdział powietrza w pomieszczeniu oraz wentylację

Carrier podczas swoich badań dowiedział się wszystkiego, co dzisiaj można znaleźć w tabelach, katalogach i programach komputerowych do obliczania instalacji klimatyzacji.

Firma Sackett-Wilhelms zażądała utrzymywania w zimie temperatury powietrza 21oC, w lecie 27oC oraz wilgotności względnej powietrza 55%. W celu obróbki powietrza w zimie była stosowana nagrzewnica oraz nawilżacz składający się z perforowanych rurek umieszczonych w kanale powietrznym zasilanych parą niskoprężną. W lecie z kolei powietrze wymagało chłodzenia i odwilżania. Do tego celu zostały wykorzystane dwie chłodnice: jedna zasilana wodą ze studni artezyjskiej, a druga zasilana wodą z amoniakalnej wytwornicy wody lodowej. W sumie efekt chłodniczy wynosił około 190kW, co odpowiadało zużyciu prawie 50000kg lodu na dobę do uzyskania takiego samego efektu.

Tak oto geniusz i badania Willisa Carriera oraz intuicja i umiejętności handlowca Ivine’a Lyle’a położyły podwaliny nowej gałęzi przemysłu.

Rozwój pierwszych instalacji klimatyzacyjnych

Carrier nie był do końca zadowolony ze swojej pierwszej instalacji klimatyzacyjnej. Był przekonany, że można znaleźć lepszą metodę na osuszanie powietrza. Podczas jednej ze swoich podróży jesienią 1902, oczekiwał na pociąg na dworcu kolejowym spowitym w gęstej mgle. Wtedy zdał sobie sprawę, że istnieje pewna granica ilości wilgoci, która może znajdować się w powietrzu i zależy ona od temperatury powietrza. Jeżeli będziemy posiadali urządzenie, które doprowadzi do nasycenia powietrza wilgocią oraz kontrolować temperaturę, w jakiej to się stanie, wtedy będzie można uzyskać powietrze o dowolnej, znanej zawartości wilgoci w nim. Można tego dokonać przepuszczając powietrze przez urządzenie rozpryskujące wodę, tworzące w zasadzie mgłę. Kontrolując temperaturę rozpryskiwanej wody, będzie można kontrolować temperaturę nasycenia. Jeżeli będzie potrzebne powietrze o dużej zawartości wilgoci, wtedy należy rozpryskiwać gorącą wodę. Jeżeli będzie potrzebne powietrze o niskiej zawartości wilgoci, wtedy należy rozpryskiwać wodę o niskiej temperaturze. Cząsteczki wody będą wtedy tworzyły rodzaj powierzchni wymiennika, na której będzie następowała kondensacja pary wodnej z powietrza.

Aby wprowadzić swoją nową ideę w życie, Carrier zaczął poszukiwać urządzenia, które może temu sprostać. Pierwszy wybór padł dostępne ówcześnie komory zraszania. Szybko jednak okazało się, że nadają się one doskonale do oczyszczania powietrza, jednak nie mogą służyć jego nawilżaniu. Problemem był mało efektywny sposób wytwarzania mgły wodnej oraz brak eliminatora kropel z powietrza opuszczającego komorę zraszania. Pod koniec 1903 roku, Carrier skonstruował odpowiedni eliminator, jednak na skonstruowanie odpowiedniej dyszy potrzebował jeszcze prawie roku. W 1904 roku wystąpił o przyznanie patentu na „Urządzenie do obróbki powietrza” (otrzymał go w 1906r.). Było to pierwsze w świecie urządzenie do obróbki powietrza z dyszami rozpryskującymi wodę. Potem było ono wielokrotnie przez Carriera ulepszane, m. in. przez dodanie drugiego rzędu dysz oraz zastosowanie pracy w przeciwprądzie, aż osiągnęło kształt dobrze nam dzisiaj znanej komory zraszania.

W 1905 roku Willis Carrier zaczął prace nad pierwszym katalogiem Buffalo Forge Company. Zawierał on nie tylko dane techniczne urządzeń, lecz był także rodzajem poradnika dla inżynierów, zawierającym informacje niedostępne w innych publikacjach jak np. informacje z podstaw psychrometrii i wykres psychrometryczny. Ponieważ publikacja ta wzbudziła duże zainteresowanie, Carrier postanowił prowadzić dalsze prace i badania teoretyczne dotyczące instalacji klimatyzacji. Między innymi zajmował się badaniem strat ciśnienia w kanałach oraz metodami ich obliczeń. Po przeprowadzeniu badań stworzył tabele i formuły zawierające informacje o oporach linowych i miejscowych. Zaproponował metodę obliczeń sieci kanałów używaną do dnia dzisiejszego. I w ten sposób po 8 latach badań i opracowań stworzył poradnik dla inżynierów klimatyzacji. Pierwsze wydanie poradnika ukazało się w 1914 roku.

Carrier Air Conditioning Company of America, czyli pierwsza firma sprzedająca klimatyzatory

Ponieważ sprzedaż instalacji i urządzeń do klimatyzacji ciągle rosła, w 1907 roku została podjęta decyzja o założeniu nowej firmy, zajmującej się tylko i wyłącznie klimatyzacją. Firma ta została nazwana Carrier Air Conditioning Company of America, a jej jedynym właścicielem była Buffalo Forge Company.

Założenie nowej firmy pozwoliło na dalsze rozwinięcie sprzedaży instalacji klimatyzacyjnych oraz wejście na nowe rynki w różnych gałęziach przemysłu np. tytoniowym, filmowym, tekstylnym, farmaceutycznym, spożywczym itp.

W roku 1911 po wielu latach badań Willis Carrier przedstawił jeden z najważnieszych dokumentów dotyczących klimatyzacji – „Rational Psychrometric Formulae”. Dostępne w tamtych czasach dane psychrometryczne były oparte na formułach empirycznych wynikających z pomiarów laboratoryjnych. Dokładność tych danych była obarczona dużym błędem, zwłaszcza przy niskich i wysokich wilgotnościach powietrza. Carrier podważył te dane i zaproponował nowe formuły oparte na rozważaniach teoretycznych potwierdzonych doświadczalnie. Publikacja ta została powszechnie zaakceptowana i spowodowała uznanie klimatyzacji jako oddzielny dział inżynierii. Formuły i wykres psychrometryczny sporządzony przez Carriera pojawiły się w podręcznikach akademickich oraz poradnikach klimatyzacji. Po przetłumaczeniu na wiele języków stała się podstawą wszystkich obliczeń procesów klimatyzacyjnych.

Początek I wojny Światowej spowodował spowolnienie rozwoju gospodarczego w USA i ograniczenie działalności lub bankructwo wielu firm. Również Buffalo Forge Company w 1914 roku podjęło decyzję o kontynuowaniu tylko produkcji urządzeń i niewykonywaniu instalacji. Wiązało się z tym zamknięcie firmy zajmującej się klimatyzacją.

Willis Carrier oraz Irvine Lyle nie mogli pogodzić się z tą decyzją. Po wspólnych rozmowach i konsultacjach postanowili założyć nową firmę zajmującą się klimatyzacją. I tak w dniu 26 czerwca 1915 roku w Nowym Jorku, została założona firma Carrier Engineering Corporation. Założycielami firmy byli: Willis H. Carrier, J. Irvine Lyle, Edward T. Murphy, L. Logan Lewis, Ernest T. Lyle, Alfred E. Stacey Jr. oraz Edmund P. Heckel. Doradcą prawnym został Charles J. Staples.

Nowo powstała firma potrzebowała dostawcy urządzeń. Naturalnym wyborem było podpisanie umowy z Buffalo Forge Company. Aby rozpocząć działalność, nowa firma potrzebowała kapitału. Aby zwiększyć możliwości działania, wszyscy pracownicy zgodzili się na pracę przy minimalnym wynagrodzeniu pozwalającym na przeżycie. Wielu z założycieli firmy zadłużyło się, aby objąć swoje udziały i zgromadzić kapitał niezbędny do rozpoczecia działalności. Do końca 1915 roku firma wykonała 40 zamówień. W owych czasach firma nie sprzedawała samych urządzeń i nie gwarantowała ich parametrów, lecz sprzedawała całe instalacje, gwarantując osiągnięcie żądanych przez klienta efektów. Ponieważ wiele instalacji było pionierskich, taki sposób działania powodował wiele problemów w trakcie realizacji, pozwalał jednak na stałe wprowadzanie ulepszeń w oferowanych rozwiązaniach. W ten sposób na przykład Carrier zainteresował się zjawiskiem indukcji powietrza. Kiedy zdał sobie sprawę, że dzięki indukcji może ograniczyć ilość nawiewanego powietrza do około 1/3, co znacznie ograniczy koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, rozpoczął prace nad nowym urządzeniem. Kiedy projekt był gotowy, okazało się, że firma nie ma ani własnego laboratorium ani funduszy na badania. Aby przeprowadzić badania, zainteresowali pewnego wytwórcę wyrobów emaliowanych swoim pomysłem. Carrier sprzedał mu swoje urządzenie, jednocześnie zamieniając fabrykę we własne laboratorium.

Również w 1915 roku miało miejsce zdarzenie niezwykle ważne dla dalszego rozwoju klimatyzacji. Carrier dostarczył instalację klimatyzacyjną do fabryki Walco Company. Po uruchomieniu instalacji okazało się, że osiąga ona tylko połowę swojej wydajności. Obecni na miejscu pracownicy nie potrafili sobie poradzić z rozwiązaniem problemu, w związku z czym wezwali Willisa Carriera. Po analizie sytuacji Carrier szybko zorientował się w przyczynie problemów. Amoniakalny agregat chłodniczy będący źródłem chłodu w instalacji, był obsługiwany w taki sposób, jakby miał produkować lód a nie wodę lodową. W wyniku tego wymienniki były częściowo zamrożone i nie osiągały swojej pełnej wydajności. Po przeprowadzeniu regulacji wytwornicy przez Carriera instalacja osiągnęła projektowane parametry. To zdarzenie uświadomiło Carrierowi, że jest niezbędne dokonanie modyfikacji wytwornic wody lodowej, tak aby były łatwe w eksploatacji i odporne na błędy obsługi.

Jak tylko Willis Carrier zdał sobie sprawę z wad dostępnych urządzeń chłodniczych, rozpoczął poszukiwania nowego rozwiązania. Powstanie wizji nowego urządzenia zajęło kilka lat przemyśleń. Jednak swoim zwyczajem zanim przedstawił swój pomysł, rozważał jakie skutki będzie on miał dla inżynierów, dla przemysłu i dla firmy. Jeżeli nie był pewien po prostu szukał nowego rozwiązania. Ponieważ w owym czasie Carrier Engineering Corporation nie zajmował się wytwarzaniem urządzeń, początkowo próbował zachęcić producentów do wprowadzenia zmian w produkowanych przez nich urządzeniach. Jednak bez powodzenia.

I tak w 1920 roku przedstawił swoim współpracownikom memorandum przedstawiające podstawy nowego rozwiązania. Zauważył on, że w większości gałęzi przemysłu odchodzi się od stosowania urządzeń tłokowych na rzecz turbin i pomp odśrodkowych. Zaproponował zbudowanie maszyny chłodniczej z kompresorem odśrodkowym z napędem bezpośrednim, zastosowanie nowego typu wymienników, oraz wykorzystanie nowego typu czynnika chłodniczego – nietoksycznego i o właściwościach dostosowanych do potrzeb nowej technologii. Dokument przedstawiony w 1920 roku był dobrym przykładem taktyki działania Willisa Carriera: przed podjęciem jakichkolwiek działań, budową pierwszego urządzenia i przeprowadzeniem jakichkolwiek testów dokonał szczegółowej analizy problemu. W celu ograniczenia kosztów wykonania pierwszych urządzeń Carrier rozważał zastosowanie dostępnych na rynku pomp i kompresorów odśrodkowych. W międzyczasie rozpoczął poszukiwania nowego czynnika chłodniczego. Wiedział jedynie, że potrzebuje czynnika o stosunkowo wysokiej temperaturze wrzenia, aby nie było konieczności stosowania wysokich ciśnień lub wysokiej próżni. Wskazane było również, aby miał on możliwie dużą masę molekularną w celu obniżenia ilości stopni sprężania. Żaden z dostępnych ówcześnie czynników nie spełniał tych założeń. Po długich poszukiwaniach jego wstępny wybór padł na środek nazwany dielene C2H2Cl2. Dielene nie był produkowany w USA, a jedynie przez jedną firmę w Niemczech. Po dokonaniu wyboru czynnika chłodniczego została określone wymagania co do charakterystyki sprężarki. Carrier zwrócił się do dwóch firm w USA z prośbą przedstawienie oferty na wykonanie agregatu na podstawie sporządzonej przez niego specyfikacji. Odpowiedziała tylko jedna z nich, lecz zaproponowana cena z góry przesądzała o małej atrakcyjności urządzeń.

Ponieważ Carrier nie był w stanie zainteresować pomysłem żadnego z producentów agregatów, powstał pomysł rozpoczęcia produkcji urządzeń w własnej fabryce. Lyle rozpoczął poszukiwania odpowiedniego miejsca. Do tej pory firma zajmowała się tylko projektowaniem i wykonawstwem instalacji, nie miała natomiast żadnego doświadczenia w produkcji. Dlatego pomysł ten został skonsultowany z pracownikami Carrier Engineering Corporation na dorocznym zjeździe w styczniu 1921 roku. Po burzliwej dyskusji i głosowaniu została podjeta decyzja o rozpoczęciu produkcji. Od tej pory wypadki potoczyły się szybko. W marcu 1921 roku została kupiona nowa siedziba firmy w Newark w stanie New Jersey. Zostały również złożone wnioski patentowe na rozwiązania stosowane w nowym urządzeniu. Podczas kiedy w USA trwała przeprowadzka do nowej siedziby oraz prace projektowe nad nowym urządzeniem, sam Willis Carrier udał się w podróż do Europy. W trakcie wizyty w Szwajcarii oraz Niemczech poszukiwał dostawcy sprężarki odśrodkowej. Ostatecznie zamówił sprężarkę w firmie C. H. Jaeger & Company w Lipsku za mniej niż 1/6 ceny oferowanej przez firmy z USA. Zakupił również pierwszą partię czynnika chłodniczego dielene. Wracając odwiedził również Anglię, gdzie właśnie otwierało się przedstawicielstwo firmy. Sprężarka została dostarczona na początku 1922 roku. Wkrótce rozpoczęły się testy nowej maszyny oraz wprowadzanie poprawek. Pierwsza prezentacja nowego urządzenia odbyła się 22 maja 1922 roku, a sprzedaż pierwszego urządzenia miała miejsce w marcu 1923 roku. Każde nowe zainstalowane urządzenie było także wykorzystywane do prowadzenia badań i ulepszania konstrukcji.

Systemy nawiewne autorstwa Carriera pomogły kinom i teatrom w działaniu latem

Skonstruowanie agregatu ze sprężarką odśrodkową otwarło nowe perspektywy przed klimatyzacją. Do tej pory była ona wykorzystywana głównie w instalacjach przemysłowych. Jednak marzeniem Carriera była klimatyzacja komfortu. Początek klimatyzacji komfortu pojawił się w 1924 roku, kiedy Irvine Lyle sprzedał instalację klimatyzacji do sklepu w Detroit. Jakkolwiek rynek ten rozwinął się wraz ze sprzedażą pierwszych instalacji klimatyzacji kin. Właśnie w kinach po raz pierwszy w 1922 został zastosowany nowy system nawiewu powietrza opracowany przez Logan’a Lewis’a polegający na nawiewie powietrza z góry a wyciągiem u dołu. Pozwalał on na uniknięcie przeciągów w sali. Jednak decydujące znaczenie dla rozwoju rynku miała instalacja wykonana przez Carriera w 1925 roku w Rivoli Theater w Nowym Jorku. Był to pierwszy klimatyzowany obiekt w Nowym Jorku, a jego otwarcie było szeroko reklamowane. Na premierze pojawiło się wiele osób związanych z show businessem. Jakiekolwiek opóźnienie otwarcia sali nie wchodziło w grę, a problemy rzutowałyby nie tylko na samą firmę Carrier Engineering Company, lecz także na rozwój całej branży. Tam właśnie po raz pierwszy została zastosowana maszyna z kompresorem odśrodkowym.

Z uwagi przepisy budowlane stanu Nowy Jork nowy czynnik chłodniczy, jakim był dielene, został szczegółowo przebadany i zatwierdzony przez odpowiednie władze do stosowania w obiektach użyteczności publicznej. Z uwagi na konieczność uzyskania atestu, wykonanie instalacji było opóźnione. Ostatnie pracy i rozruchy odbywały się w dniu otwarcia teatru, a instalacja włączona w ruch kiedy pierwsi widzowie zajmowali miejsca. Na szczęście wszystko odbyło się bez przeszkód i w trakcie wyświetlania filmu temperatura w sali została obniżona do założonej. Sukces tej instalacji, spowodował gwałtowny wzrost zapotrzebowania na instalacje klimatyzacji w kinach, które do tej pory były zamykane na okres letni z uwagi na małą ilość widzów. Do końca 1930 roku, sama firma Carrier wykonała ponad 300 tego typu instalacji. Nie we wszystkich remontowanych kinach była możliwość zamontowania sieci kanałów nawiewnych pod stropem. Dotyczyło to zwłaszcza sal małych. Właśnie z myślą głównie o nich zaczął stosować nawiewniki w kształcie dyszy. Montowane one były pod sufitem na ścianie z tyłu widowni i nawiewały powietrze w kierunku ekranu. W wyniku indukcji powietrza z sali następowało chłodzenie całej widowni bez występowania przeciągów. System ten został zgłoszony w 1927 do patentu.

Również w latach 20, po raz pierwszy agregat odśrodkowy został zastosowany do mrożenia lodowej tafli hokejowej. Do tej pory wszyscy uważali, że tego typu urządzenia nie nadają się do tej roli. Pionierska instalacja została uruchomiona w 1925 roku w Madison Square Garden w Nowym Jorku.

W 1926 roku Carrier zaczął używać nowego opatentowanego przez siebie czynnika chłodniczego w swoich agregatach. Nazywał się on Carrene I. Pozwolił on na dwukrotne zwiększenie wydajności agregatu przy tych rozmiarach.

Obecnie nikt nie wyobraża sobie podróży bez klimatyzacji, jednak jako pierwszy do transportu wprowadził ją Willis Carrier

Pierwsza klimatyzacja w domu i w transporcie

Do tej pory wszystkie instalacje klimatyzacji były związane z dużymi obiektami. Jednak ambicją Carriera i Lyle’a było stworzenie urządzeń poprawiających temperaturę również dla obiektów małych lub wręcz domów mieszkalnych. W 1928 roku został uruchomiony nowy oddział firmy zajmujący się tylko produkcją urządzeń standardowych, przeznaczonych dla małych aplikacji i domów mieszkalnych. W 1929 roku firma miała już trzy zakłady produkcyjne o łącznej powierzchni ponad 20000m². Na początku lat 30, Carrier zaczął się interesować instalacjami klimatyzacji dla pojazdów. W 1930 roku została wykonana pierwsza instalacja klimatyzacji na statku pasażerskim i w wagonie kolejowym. Wkrótce został pokazany nowy system klimatyzacji do pociągów, wykorzystujący strumienicę parową i wodę jako czynnik chłodniczy. Strumienica parowa była wykorzystywana w celu uzyskania podciśnienia zbiorniku, w którym wrzała woda. System ten pozwalał na obniżenie temperatury wody do koło 4oC. Po przeprowadzeniu badań i eksperymentów system ten został wprowadzony do sprzedaży w 1932 roku. Zyskał szybko sporą popularność w pociągach w USA.

W 1930 roku doszło do fuzji Carrier Engineering Corporation z firmami Brunswick-Kroeschell Company oraz York Heating & Ventilationg Corporation. Nowa firma nosiła nazwę Carrier Corporation. Fuzja pozwoliła wszystkim trzem firmom na znaczne zwiększenie potencjału, a także zmniejszenie kosztów co ułatwiło przetrwanie wielkiego kryzysu.

W latach 30 pojawiły się również nowe czynniki chłodnicze – Carrene 2 oraz Freon 12. Pozwoliły one nie tylko na dalsze zwiększenie sprawności urządzeń lecz również na rozwój małych jednostek klimatyzacyjnych składających się z wentylatora, filtra i chłodnicy zamontowanych w obudowie, i agregatu skraplającego montowanego na zewnątrz oraz urządzeń zblokowanych. Niestety wielki kryzys spowodował znaczny spadek zapotrzebowania na tego typu urządzenia.

Na początku lat trzydziestych Willis Carrier stanął przed problemem wykonania klimatyzacji w wielopiętrowych budynkach biurowych. Rozwiązanie problemu miał prawie gotowe. Postanowił wrócić do systemu, który zastosował we własnym biurowcu w 1928 roku. Do każdego pomieszczenia doprowadzał świeże, centralnie przygotowane powietrze. W kanale tym zamontował dysze, które nawiewały powietrze do skrzynki mieszającej zamontowanej w ścianie. Do skrzynki był podłączony kanał z kratką zamontowaną u dołu ściany, oraz druga kratka nawiewna do pomieszczenia pod sufitem. Zadaniem dyszy było spowodowanie podciśnienia w kanale nawiewnym do pomieszczenia i zassanie powietrza obiegowego przez dolną kratkę. Dodatkowo w urządzeniu była zamontowana nagrzewnica, która umożliwiała podgrzewanie pomieszczenia zimą. Początkowo system ten był stosowany w niezmienionej postaci w budynkach niskich. Na potrzeby wieżowców należało jednak system zmienić. Zostały zmodyfikowane same urządzenia. Zostały zmniejszone, tak aby mogły się zmieścić we wnęce podokiennej.

Następnym krokiem było dodanie drugiej chłodnicy. Jedna była zamontowana na powietrzu pierwotnym a druga na wtórnym. Dodatkowo wymienniki były przystosowane do pracy jako nagrzewnica. Pozwalało to na ogrzewanie pomieszczeń w zimie. Została również użyta wysokociśnieniowa instalacja dostarczająca świeże powietrze. Powstały tutaj problemy ze szczelnością sieci kanałowej. Początkowo tylko około 50% powietrza docierało do pomieszczeń. Cała reszta uciekała przez nieszczelności. Zostały one jednak również pokonane. Pojawiły się wkrótce dwie wersje urządzeń: w obudowie do montażu na ścianie i do zabudowy. Ostateczna wersja systemu została zaprezentowana w 1939 roku. W 1944 roku Willis Carrier otrzymał 4 patenty na rozwiązania wykorzystane w systemie znanym jako Conduit Weathermaster.

W okresie II Wojny Światowej większość wysiłków została skierowana na potrzeby przemysłu. Wtedy Carrier Corporation zajmował się nie tylko produkcją sprzętu chłodniczego, lecz także innymi zadaniami związanymi z wysiłkiem wojennym. W zakładach Carriera został opracowany i produkowany m. in. „Hedgehog”, urządzenie do zrzucania 24 bomb głębinowych w ściśle określony sposób i w ściśle określonych odstępach czasu.

W 1942 roku w wieku 68 lat zmarł Irvine Lyle, jeden założycieli firmy. Jego miejsce zajął Cloud Wampler.

Ostatnim wielkim dziełem inżynierskim Willisa Carriera był projekt i wykonanie instalacji chłodniczej do tunelu aerodynamicznego dla National Advisory Comittee for Aeronautics. W tunelu tym miały być badane prototypy samolotów i podzespołów w warunkach odpowiadających lotom na dużych wysokościach. Kiedy powstał pomysł budowy tunelu, nic tak wielkiego na świecie nie zostało jeszcze nigdy zbudowane – powietrze miało osiągać temperaturę poniżej –50oC, a jego przepływ miał wynosić setki tysięcy metrów sześciennych. Cała praca nad systemem trwała ponad 4 lata. Większość komponentów musiała zostać zaprojektowana od nowa. Ponieważ do tej pory nikt nie budował systemu osiągającego tak niski temperatury, przeprowadzono także podstawowe badania dotyczace samego freonu-12. Aby zilustrować problemy występujące podczas prac nad tym zadaniem, wystarczy wspomnieć, że przekrój poprzeczny tunelu wynosił około 180m², podczas gdy powierzchnia czołowa chłodnic ponad 4 razy tyle! Aby być pewnym zastosowanych rozwiązań, Willis Carrier zbudował miniaturowy tunel aerodynamiczny w celu przeprowadzenia badań. Praktycznie wszystkie komponenty wykorzystane w tej instalacji zostały specjalnie zaprojektowane i wykonane, a następnie dokładnie przebadane. Awaria jednego z nich mogła zniweczyć całą pracę. Cały system był gotowy 24 kwietnia 1944.

Po zakończeniu II Wojny Światowej Willis Carrier odszedł na emeryturę. Jednak zawsze był związany z firmą, którą stworzył. Nawet kiedy był już chory i nie mógł się swobodnie poruszać, chętnie spotykał się ze swoimi współpracownikami i służył im radą. Zawsze miał pod ręką kartkę papieru ołówek linijkę, aby móc upraszczać skomplikowane problemy.

Śmierć Willisa Carriera

Willis Haviland Carrier zmarł 7 października 1950 roku w Nowym Jorku.

Pomnikiem, jaki wystawił sobie Willi Carrier, jest nowa gałąź przemysłu oraz firma, która nosi jego imię. Pomysł, który wprowadził w życie 100 lat temu Willis Carrier – idea „kontroli klimatu w pomieszczeniu” wprowadziła wiele zmian w naszym życiu.

Idea klimatyzacji pozwala na polepszenie warunków życia. Możemy spać i pracować w klimatyzowanych pomieszczeniach, wolnych od wysokich temperatur i wilgotności. Bez klimatyzacji nie byłoby osiągalnych wiele produktów. Poczynając od szczoteczki do zębów po radio, komputer, telewizor czy też lekarstwa, wiele z tych rzeczy nie mogłoby istnieć, gdyby nie wynalazek klimatyzacji. Gdyby nie geniusz i pracowitość Willisa Carriera oraz jego współpracowników, wiele z tych osiągnięć przemysłu nie byłoby możliwych. Willis Carrier miał wiele marzeń odnośnie gałęzi przemysłu, którą stworzył. Wiele z tych marzeń spełniło się za jego życia. Niektóre z nich jak np. klimatyzowane ulice czy też klimatyzacja całych miast jeszcze nie, ale kto wie, czy nie są one bliskie spełnienia.


Autor: Piotr Niewiadomski
Źródło: Technika chłodnicza i klimatyzacyjna